控制变量是科学探究的重要方法

文 向直三

【摘 要】化学是一门以实验为基础的自然科学，实验在化学教学中的作用是不容忽视的。近几年中考化学试题中，实验部分的分值逐年提升，实验题注重科学探究，主要体现在实验的设计和评价，特别是在探究型实验，重视考查学生解决问题的思维能力、分析能力、归纳能力、表达能力。教学中要引导学生开展科学探究，培养学生应用科学探究的方法，探究实际问题的能力。控制变量是初中化学科学探究的重要方法。

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关键词 科学探究；控制变量；考题分析

控制变量法是化学探究实验中最常用的方法。在初中化学教材中，多处体现这一科学探究的方法。在近几年的中考化学试卷中，经常出现控制变量法的分析、运用。

初中化学中用到控制变量方法主要有：探究铁生锈的条件、物质燃烧的条件、比较金属活动性、影响固体物质溶解速度的因素、影响化学反应速率快慢等。

初中化学学科，大多数同学举不出化学中用到控制变量的例子，即使能够举出，也说不清楚，主要存在的问题有：在化学学习中不懂如何应用、找不到变量、思路不清、不会设计实验方案、不会分析实验结果、设计实验方案不完善。怎样引导学生应用控制变量法开展科学探究？如：影响固体物质溶解性因素的探究。先根据生活经验和已有的化学知识，找出可能影响溶解速率的因素。

猜想：固体物质的溶解性与溶质种类、溶剂种类、温度有关。

设计实验：让学生设计实验，开展探究。下面是教师引导学生设计的实验方案。

实验结论：物质的溶解性与溶质的性质、溶剂的性质、温度三个因素有关。

控制变量法在新课改中考题中时有出现，现举例分析。

1.某同学在学习“金属与酸的反应”时，设计了以下实验报告，请将该实验报告补充完整。

【实验目的】_______。

【实验用品】试管、铁粉、铁片、镁片、5%盐酸、10%盐酸等。

【实验内容】 取足量等体积的盐酸分别与a克下列各种金属反应。

【实验思考】由上述实验探究得出，影响金属与酸反应剧烈程度的因素有____。

2.在一次实验课上，各小组同学用在不同地点找来的小石块与稀盐酸反应制取二氧化碳。此反应的化学方程式为____。

【提出问题】影响二氧化碳气体产生速率的因素是什么？

【作出猜想】①不同地点石块中碳酸钙含量不同；②所用盐酸的溶质质量分数不同；③还可能是____。

【设计实验】（1）验证猜想①是否成立，要设计的实验：分别取大小相同、质量相同、____的石块，加入质量相同、____的稀盐酸进行实验。（2）验证猜想②是否成立，对盐酸的要求是____。

【交流讨论】实验中可以通过观察气泡产生的剧烈程度，粗略地比较反应速率。若要做到精确比较，应该测量的实验数据是　。

【拓展延伸】上述实验中，小明采用了控制变量的研究方法。用此方法探究“催化剂对用过氧化氢溶液制取氧气的反应速率的影响”，需要控制不变的因素有（答出两点）。

解题思路：

小石块的主要成分是CaC03，所以小石块与稀盐酸反应的方程式为：CaC03+2HCl=CaCl2+H20+C02↑

【作出猜想】 影响二氧化碳气体产生速率的因素是可能有：石块大小不同（或石块质量不同、盐酸质量不同）等。

【设计实验】（1） 因为①的猜想是验证不同地点石块中碳酸钙含量不同；所以要保证其它条件相同，采用不同地点的石头做实验。盐酸的溶质质量分数也应该相同（2）②要验证“所用盐酸的溶质质量分数不同”，所以要保证其它条件相同，取用不同溶质质量分数的盐酸进行实验。

【交流讨论】通过观察气泡产生的剧烈程度，粗略地比较反应速率。需要测量相同时间内收集的二氧化碳体积或收集相同体积二氧化碳所需的时间，两种方法都可以。

【拓展延伸】影响反应的因素主要有：催化剂、温度、溶液的溶质质量分数、压强等，若探究“催化剂对用过氧化氢溶液制取氧气的反应速率的影响”，就要保证其它条件相同，就催化剂是一个变量，就可以得到研究结果。

【答案】CaC03+2HCl=CaCl2+H20+C02↑

【作出猜想】石块大小不同（或石块质量不同、盐酸质量不同）

【设计实验】（1）不同地点 溶质质量分数相同（2）溶质质量分数不同

【交流讨论】相同时间内收集的二氧化碳体积（或收集相同体积二氧化碳所需的时间）

【拓展延伸】温度、溶液的溶质质量分数、溶液质量、压强 【点评】该题考查了学生的实验探究综合能力，题目的难度较大，关键要理解控制变量法在化学研究中的应用。

（作者单位：湖北宜昌市长阳县榔坪中心学校）